ES2205875T3 - Sustrato de lana mineral para plantas. - Google Patents
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Abstract
Substrato de lana mineral para plantas, que comprende una matriz coherente de lana mineral y hasta 20% en volumen de un agente de intercambio iónico que tiene una capacidad de intercambio iónico variable y/o fija de aproximadamente 15, preferiblemente 30 y más preferiblemente 40 meq/100 g de peso seco o más, caracterizado porque el agente de intercambio iónico exhibe un comportamiento tipo no arcilloso con respecto a la capacidad de hincharse y encogerse.
Description
Sustrato de lana mineral para plantas.
La presente invención se refiere a un substrato
de lana mineral para plantas, más en particular a un substrato de
lana mineral para plantas, que comprende un material o materiales
externos para mejorar las propiedades del substrato de lana mineral
para llevar a cabo protección de la cosecha y/o mejorar el
desarrollo de la planta en relación con las adiciones (tales como
nutrientes, plaguicidas, agua y semejantes) como las empleadas por
los cultivadores durante el ciclo de una cosecha.
Los substratos de lana mineral para plantas para
el crecimiento de plantas son bien conocidos en la técnica y
consisten en una matriz coherente de lana mineral. Esta matriz
coherente está formada por la acumulación de una lámina de fibras de
lana mineral dispuestas con un aglutinante curable, de forma que
después del curado, las fibras de lana mineral no son capaces de
desplazarse substancialmente en relación las unas con las otras. Si
se requiere una rápida captación de agua, esta matriz coherente de
lana mineral puede proporcionarse con un agente humectante.
Por lana mineral se entiende lana de vidrio, lana
de piedra, lana de roca, fibras vítreas realizadas por el hombre,
lana de escoria y/o sus mezclas.
Las fibras pueden tener un diámetro medio que
varía entre 1-10 \mum. Para la lana de roca, el
diámetro de la fibra está en la media de aproximadamente 4\mu.
La densidad de la matriz coherente de lana
mineral puede estar entre 10-200 kg/m^{3}, en
general en el intervalo de 40-80 kg/m^{3}.
Tal matriz coherente de lana mineral tiene una
forma de propiedad de retención, la cual es inherente debido a los
materiales inorgánicos de partida usados. Además, la capacidad de
retener agua de estos substratos de lana mineral para plantas es
muy bien controlable y predecible.
Un problema es que los cultivadores, utilizando
tales substratos de lana mineral para plantas pueden de modo
inadvertido estresar o incluso dañar las plantas dosificando por
exceso o por defecto los substratos de lana mineral con adiciones,
tales como disoluciones de nutrientes, cuando se consideran los
requerimientos de la planta a un cierto tiempo y etapa de
crecimiento.
El documento Patente WO 97/16961 describe un
substrato que comprende una matriz coherente de lana mineral, hasta
25% en peso de arcilla y una sustancia orgánica (esfagno y turba
prensada) que sustituye a la lana mineral hasta 10% en peso.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un substrato de lana mineral para plantas mejorado
cuyo objetivo es solventar este problema.
Según una primera orientación de la presente
invención, se proporciona un substrato de lana mineral para plantas
según la reivindicación 1.
Las plantas extraen sus compuestos necesarios del
suelo, tales como nutrientes esenciales procedentes de los
compuestos disponibles en el agua del suelo. Si la cantidad de
compuestos en el agua del suelo bien excede o es menor de la
cantidad requerida por la planta, estos compuestos se liberarán o
almacenarán respectivamente sobre partículas cargadas del suelo.
Esto se puede cuantificar como la Capacidad de Intercambio Iónico
(CII). Estas partículas del suelo pueden contener una CCI variable
y/o fija (variable significa que la cantidad de CII es dependiente
de otros parámetros tales como pH, contenido en agua y
estructura).
El mecanismo de liberación y almacenamiento se
basa en los equilibrios químicos de los compuestos entre
partículas del suelo y disolución de agua del suelo y/o partículas
del suelo y disolución de aire en el suelo.
Esta CII y el mecanismo para la liberación y el
almacenamiento de los compuestos en los suelos no solo funciona
para iones, sino que también es apropiado para compuestos que son
eléctricamente neutros, pero que debido a su estructura química
contienen fuertes cargas positivas y negativas en forma de dipolos
positivos y negativos, son ejemplos el agua y compuestos orgánicos
tales como ácidos de carbono y alcoholes.
Este mecanismo para intercambiar y almacenamiento
de compuestos y la CII está, sin embargo, ausente en los substratos
de lana mineral para plantas. Así, si cultivadores dosifican por
exceso o por defecto substratos de lana mineral con por ejemplo
nutrientes y plaguicidas, esto puede tener un severo efecto negativo
sobre las plantas (tales como, estrés, daños y semejantes)
resultando una respuesta de crecimiento no óptima, cualitativamente
y cuantitativamente. El estrés de la planta inducido de esta forma,
puede incluso resultar en la inducción de enfermedades a la
planta.
Los inventores han mostrado que por la adición de
un agente de intercambio iónico que contiene una CII fija y/o
variable a los substratos de lana mineral para plantas, los
compuestos vitales se tamponan en su interior. Esto significa que si
un cultivador añade una sobredosis o infradosis de compuestos al
substrato de la planta, la planta está, de este modo,
substancialmente prevenida de los efectos negativos.
El agente de intercambio iónico es
preferiblemente un agente de intercambio catiónico que comprende
minerales del suelo, y presenta un comportamiento no arcilloso con
respecto a hincharse y a encogerse.
Los microorganismos pueden ser muy importantes
para el crecimiento de la planta. Por un lado, tales organismos
juegan un papel en la protección de la planta, por ejemplo la
aparición de enfermedades de la planta inducidas por patógenos y/o
depredadores (tales como Phythium y Protozoos) son prohibitivos para
condiciones de cosecha óptimas (tales como nutrientes suficientes)
y la aparición de agentes antagónicos, es decir microorganismo, de
estos patógenos y depredadores, y por otro lado, microorganismos
(tales como Micorrizas) que pueden vivir en simbiosis con a planta y
de esta forma inducir un crecimiento mejorado de la planta.
Un buen hábitat para microorganismos está
disponible en materiales que tienen poros con un diámetro medio de
6 \mum o menos. Se proporcionan muy buenas condiciones cuando los
poros son menores de 3 veces el tamaño de los microorganismos,
todavía aún mayor que los organismos. La arcilla (tal como
Bentonita) es un ejemplo de un material que tiene un diámetro medio
de poros <6 \mum. La porosidad y el diámetro medio de los poros
de la arcilla no es fijo sino que fluctúa considerablemente debido
al comportamiento de hincharse y encogerse de la arcilla, que está
influenciado, entre otras cosas por el nivel de pH, el nivel de
capacidad de intercambio (nivel de CI) y el contenido en agua.
Los patógenos y depredadores de la planta son
mayores en diámetro que los antagónicos y microorganismos
beneficiosos para la planta. Los últimos son, de este modo, los más
apropiados para el desarrollo por este menor diámetro de poros.
En los substratos de lana mineral para plantas
que tienen una densidad de 10-200 kg/m^{3}, el
diámetro medio de los poros es lo más probable que sea mayor de 10
\mum. Los substratos de lana mineral para plantas tienen una
estructura y porosidad estable y no son substancialmente sensibles
a un comportamiento de hincharse y encogerse.
Para mejorar el substrato de lana mineral para
plantas como un hábitat microbiológico, especialmente para
microorganismos protectores de la planta, el agente de intercambio
iónico tiene preferiblemente un diámetro medio de poros menor que
un substrato de lana mineral de aproximadamente 72 kg/m^{3} (que
tiene aproximadamente un diámetro medio de poros de 25 \mum),
preferiblemente también presenta menos capacidad de hincharse y
encogerse que la arcilla y más preferiblemente tiene un diámetro
medio de poros medio <6 \mum.
Más preferiblemente, el agente de intercambio
iónico comprende una zeolita. Debido a que las zeolitas tienen una
estructura estable de tipo jaula, ofrecen un hábitat ideal y
estable para los microorganismos.
El substrato puede además comprender más una
sustancia orgánica como turba, coco, esfagno o varios tipos de
compost, preferiblemente con un grado de humidificación de
10-70%, más preferiblemente comprendiendo
10-60% ácidos húmicos y/o compuestos nitrogenados
(tales como proteínas, aminoácidos y amidas) y más preferiblemente
originados a partir de una fuente natural, la cual puede sustituir
la lana mineral hasta 20% en volumen, preferiblemente hasta 10% en
volumen.
Substancias orgánicas aptas son referidas en el
documento Patente Nº WO 96/33602, las cuales se incluyen en la
presente invención por referencia.
Para una buena respuesta de crecimiento vegetal,
a menudo se requiere el control de pH en el cultivo. Sin embargo,
es difícil lograr un buen control de pH con los substratos de lana
mineral para plantas. El pH resultante procedente de la disolución
de nutrientes (referido al pH requerido para el crecimiento de la
planta) a menudo difiere del pH encontrado en realidad en el
substrato de lana mineral. Esto se debe a varias razones.
En primer lugar, el substrato de lana mineral
para plantas se comporta químicamente como una base, y por lo tanto
el pH se incrementa en el substrato.
En segundo lugar, las plantas liberan sustancias
orgánicas a sus alrededores que pueden influir en el pH.
La captación de iones nutrientes conlleva la
exclusión de los iones H^{+} y OH^{-} por las raíces de la
planta lo que puede también influir en el pH. Además, el estado de
las condiciones de la planta, es decir, teniendo en cuenta factores
tales como el estrés inducido, pueden también influir en el tipo y
cantidad de aceptación de nutrientes y la exclusión de sustancias
liberadas.
Las sustancias orgánicas son buenas para tamponar
iones H^{+} vía adsorción y desorción de los grupos NH_{2} y
tamponar iones OH^{-} vía grupos como ácidos de carbono (tales
como ácidos Húmicos y Fúlvicos).
La materia orgánica es también susceptible de
degradación biológica, afectando a la estructura, cantidad y
función de la eficacia de grupos tamponadores de pH y por lo tanto,
la capacidad de tamponar el pH de la materia orgánica. El grado de
humidificación de las sustancias orgánicas es un indicador para el
posible grado y cantidad de degradación. Sustancias con un bajo
grado de humidificación son más probables de degradar que las
sustancias con un elevado grado de humidificación. Sin embargo,
usando sustancias orgánicas degradables biológicamente, el substrato
de lana mineral para plantas proporciona propiedades ventajosas
adicionales relacionadas con la sustancia orgánica, como es la
provisión de una fuente de carbono. Además, debido a la degradación
de la sustancia orgánica, se liberan compuestos estimulantes de la
planta, tales como ácidos húmicos y vitaminas que son beneficiosos
para el crecimiento de la planta. También pueden ser liberados
compuestos que forman quelatos que mantienen elementos traza
insolubles o escasos en la disolución de nutrientes. La sustancia
orgánica preferiblemente tiene un grado de humidificación que varía
entre 10-70% para proporcionar un buen efecto
tampón de pH y efectos positivos sobre la degradación.
Cuando se desea proporcionar un substrato de lana
mineral para plantas con una capacidad tamponadora de agua mejorada
con cantidades disponibles de agua elevadas entre pF 0,5 y 2 y/o
una CII fija e intermedia, merece la pena sustituir parcialmente la
lana mineral por una sustancia inorgánica, tal como una arcilla
natural. La arcilla puede sustituir la lana mineral hasta 20% en
volumen.
La arcilla para sustituir la sustancia orgánica
puede comprender materiales del suelo que comprenden partículas
hidrófilas que preferiblemente tienen un diámetro de partícula por
debajo de 20 \mum, tales partículas, por ejemplo, pertenecientes
a la clase de minerales erosionados, tales como arcillas, mezclas
de arcillas con sedimentos y tierra con una fracción de arcillas
eliminable como lodo de al menos 20%, y además bentonita, caolín y
semejantes. Particularmente aptas son diferentes tipos de arcillas
y sus mezclas que aparecen de forma natural, tal como arcilla marina
(young sea clay). Ejemplos son las arcillas que comprenden
0-100%, preferiblemente 10-50% de
partículas que tienen un diámetro que preferiblemente es menor de 20
\mum.
El uso de arcillas proporciona otra ventaja
cuando la sustancia orgánica se incluye en la matriz en la forma de
pelet. En esta situación, la arcilla funciona como un agente
lubricante y como un material que reduce la compresibilidad del
pelet.
La combinación de arcilla y materia orgánica
forma un complejo denominado arcilla-humus que puede
dar lugar a una estructura física mejorada, es decir, porosidad
incrementada, diámetro de poros incrementado y por lo tanto, una
estructura más aireada y seca.
Por consiguiente, la cantidad de arcilla puede
usarse para cambiar el carácter biodegradable de la sustancia
orgánica usada. Por ejemplo, la turba que es normalmente
biodegradable puede volverse substancialmente biodegradable debido a
la adición de arcilla al pelet.
De esta manera, la arcilla puede inhibir o
retardar la biodegradación de la sustancia inorgánica.
El pelet puede tener un diámetro (de partícula)
de aproximadamente 0,1-20 mm.
Debido a la presencia de arcilla y de turba, se
puede controlar la concentración de los elementos almacenados en el
agua que reside dentro de la matriz de lana mineral, debido a la
liberación sostenida de cationes temporalmente almacenados dentro de
la sustancia orgánica y/o arcilla.
La invención se elucidará a continuación además
por referencia a los siguientes ejemplos.
Se prepara un substrato de crecimiento vegetal
coherente con la forma de bloques para crecimiento vegetal
(10*10*6,5 cm) que consisten en una matriz coherente de lana
mineral a la que se aplicó un agente aglutinante a base
fenol-formaldehido y un agente humectante. Antes de
pasar a través de un horno de curado, a la matriz se añadió zeolita
en una cantidad de 10% en peso (diámetro de partícula
2-6 mm con una Capacidad de Intercambio Catiónico
de 80 meq/100 gramos de materia seca). La densidad del substrato de
crecimiento vegetal coherente ascendía a 80 kg/m^{3}. La CIC del
substrato de crecimiento vegetal coherente referido al volumen
contenía una CIC de 3-6 mmol/litro de substrato.
Esta capacidad tampón era 12-25% de la óptima
aplicada a la disolución de nutrientes.
Se preparó un substrato de crecimiento vegetal
coherente con la forma de bloques para crecimiento vegetal
(10*10*6,5 cm) que consisten en una matriz coherente de lana
mineral a la que se aplicó un agente aglutinante a base de
furano.
(Los agentes aglutinantes como los descritos en
el documento Patente Nº WO 97/07664 se incluyen en la presente
invención por referencia).
Antes de pasar a través de un horno de curado, se
añadió a la matriz una mezcla equitativa de 50% de zeolita y 50% de
arcilla, que conjuntamente formaban una cantidad de 10% en peso. La
densidad del substrato de crecimiento vegetal coherente ascendía a
80 kg/m^{3}.
La CIC de la Zeolita era 80 meq/100 gramos de
materia seca, diámetro de partícula era 2-6 mm, y el
diámetro medio de los poros era <10 \mum.
La CIC de la Arcilla era 20 meq/100 gramos de
materia seca, el diámetro de partícula era 2-6 mm, y
el diámetro medio de los poros era 5-12 \mum.
El diámetro medio de los poros de la matriz de
lana mineral se sitúa entre 15-30 \mum.
La CIC del substrato de crecimiento vegetal
coherente referido al volumen de substrato aportaba un total de CIC
de 2-4 mmol/litro de substrato. Esta capacidad
tampón era 8-16% de la óptima aplicada a la
disolución de nutrientes.
En base al volumen del substrato coherente, menos
del 1% del volumen total del substrato contenía un tamaño medio de
los poros de menos de 12 \mum.
Los inventores han mostrado que esto era
suficiente para establecer dos nichos ecológicos diferentes para
microorganismos de tamaños diferentes en comparación con los
productos sin adición del agente de intercambio iónico que sólo
exhibían un único nicho ecológico.
La cantidad añadida de arcilla contribuía en una
cantidad absoluta extra de agua de 1-2% en volumen
en el intervalo de pH 0,5-1,5. La cantidad relativa
extra de agua disponible en el intervalo de pF, se incrementó de 2%
para pF 0,5 a 14% para pF 1,3. La investigación indicó que la
cantidad disponible extra de 1,5% en arcillas inducía una respuesta
de crecimiento vegetal mejorada para pepinos de 3-4%
en los 30 primeros días de crecimiento vegetal cuando se aplicaba
un régimen de agua situado entre pF 1 y 1,3.
Se preparó un substrato de crecimiento vegetal
coherente con la forma de tablas para crecimiento vegetal
(100*15*7,5 cm) que consisten en una matriz coherente de lana
mineral a la que se aplicó un agente aglutinante a base de
fenol-formaldehido y un agente humectante. Antes de
pasar a través de un horno de curado, se añadió a la matriz una
mezcla de 90% de zeolita y 10% de materia orgánica, que
conjuntamente formaban 12% en peso. La densidad del substrato de
crecimiento vegetal coherente ascendía a 57 kg/m^{3}.
La CIC de la Zeolita era 80 meq/100 gramos de
materia seca, el diámetro de partícula era 2-6 mm, y
el diámetro medio de los poros era <10 \mum.
La materia orgánica comprendía mas de 10% de
ácido húmico.
El diámetro medio de los poros de la matriz de
lana mineral se sitúa entre 20-35 \mum.
La CIC del substrato de crecimiento vegetal
coherente, en base al volumen de substrato, aportó un total de CIC
de 2-4,5 mmol/litro de substrato. Esta capacidad
tampón era 8-16% de la óptima aplicada a la
disolución de nutrientes.
En base al volumen del substrato coherente, menos
de 0,5% del volumen total del substrato contenía un diámetro medio
de poros de menos de 10 \mum.
La investigación indicó que esto era suficiente
para establecer dos nichos ecológicos diferentes para
microorganismos de tamaños diferentes, en comparación con los
productos sin adición del agente de intercambio iónico que sólo
exhibían un único nicho ecológico.
Se preparó un substrato de crecimiento vegetal
coherente con la forma de bloques para crecimiento vegetal
(10*10*6,5 cm) que consisten en una matriz coherente de lana
mineral a la que se aplicó un agente aglutinante a base de
furano.
Antes de pasar a través de un horno de curado, se
añadió a la matriz Clinoptilolita, una Zeolita natural (disponible
comercialmente de la compañía americana "Zeopro"), en una
cantidad de 5% en peso, (que tiene una CIC (Capacidad de Intercambio
Catiónico) de 85 meq/100 gramos de materia seca). La densidad del
substrato de crecimiento vegetal coherente ascendía a 80
kg/m^{3}. La CIC del substrato de crecimiento vegetal coherente
en base al volumen de substrato contenía una CIC de 4 mmol/litro de
substrato. Esta capacidad tampón era 17-18% de la
óptima aplicada a la disolución de nutrientes.
La invención no está limitada a la descripción
anterior; los derechos solicitados están determinados por las
siguientes reivindicaciones.
Claims (10)
1. Substrato de lana mineral para plantas,
que comprende una matriz coherente de lana mineral y hasta 20% en
volumen de un agente de intercambio iónico que tiene una capacidad
de intercambio iónico variable y/o fija de aproximadamente 15,
preferiblemente 30 y más preferiblemente 40 meq/100 g de peso seco o
más, caracterizado porque el agente de intercambio iónico
exhibe un comportamiento tipo no arcilloso con respecto a la
capacidad de hincharse y encogerse.
2. Substrato según reivindicación 1, en el
que el agente de intercambio iónico es un agente de intercambio
catiónico.
3. Substrato según reivindicaciones 1 ó 2, en
el que el agente de intercambio iónico comprende minerales del
suelo.
4. Substrato según reivindicaciones 1, 2 ó 3,
en el que el agente de intercambio iónico tiene un comportamiento
tipo no arcilloso con respecto a la capacidad de hincharse y
encogerse, y preferiblemente tiene una estructura estable de tipo
jaula, de zeolita.
5. Substrato según cualquiera de las
reivindicaciones previas, en el que el agente de intercambio iónico
tiene un diámetro de poros menor que el diámetro medio de poros de
la lana mineral que tiene una densidad de menos de aproximadamente
72 kg/m^{3}.
6. Substrato según cualquiera de las
reivindicaciones previas, en el que el agente de intercambio iónico
comprende una zeolita.
7. Substrato según cualquiera de las
reivindicaciones previas, que comprende además una sustancia
orgánica, que preferiblemente comprende esfagno, turba, que
sustituye a la lana mineral hasta 20% en volumen, preferiblemente
hasta 10% en volumen.
8. Substrato según cualquiera de las
reivindicaciones previas, que comprende además arcilla, que
sustituye a la lana mineral hasta aproximadamente 20% en
volumen.
9. Substrato según cualquiera de las
reivindicaciones previas, para uso como un bloque para crecimiento
vegetal.
10. Substrato según cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, para uso como una esterilla
de crecimiento vegetal.
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